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苏黎世联邦理工研发金属和塑料制成的微型血管机器人

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由金属和塑料制成的"微型机器或能通过血管移动并将药物输送到体内的特定位置

苏黎世联邦理工学院的研究人员已经开发出一种方法,通过该方法,他们可以制造小至微米的机器,其中多种材料以复杂的方式交织在一起。这样的微型机器人有一天将彻底改变医学。

具有铁轮(金)和聚合物底盘(红色)的微型车辆的计算机图形。车辆长0.25毫米。

图:Alcntara等人,Nature Communications 2020

机器人是如此之小,以至于它们通过我们的血管移动并将药物输送到体内的特定位置——这是科学家多年来一直追求的研究目标。苏黎世联邦理工学院的研究人员现在已经成功地首次制造出了这种由金属和塑料制成的"微型机器",并且这两种材料像链中的链节一样被链接在一起。由于他们开发了一种新的制造技术,因此这是可能的。

上面显示的两组分微车的显微图像。

图片:Alcntara等人,Nature Communications 2020

"金属和聚合物具有不同的特性,并且两种材料在构造微型机器方面都具有优势。为了能够同时使用所有这些属性,我们希望将两种材料结合起来。通常,微型计算机由来自体外的磁场驱动。为此,必须在微型机器中内置磁性金属零件。另一方面,聚合物具有可用于构造柔软的运动部件或溶解在体内的部件的优点。

高科技制造方法

新的制造方法基于ETH教授SalvadorPané的专业知识。多年来,他一直致力于高精度3D打印技术的研究,该技术可用于在微米级上生产复杂的物体:3D光刻。ETH科学家使用该技术为其微机生产了一种模具。后者具有用作负极的细通道,并填充有适当的材料。

通过电化学沉积,工程师可以用金属填充一些通道,而其他则用聚合物填充它们。最后,模具用溶剂溶解。Fabian Landers说:"我们能够开发这种方法,因为电气工程师,机械工程师,化学家和材料科学家在我们的跨学科小组中紧密合作。" 他是Pané小组的博士学位学生,还是《自然通讯》杂志上发表的论文的主要作者。

带有磁轮的车辆

为了证明交织微机的可行性,ETH工程师生产了各种带有塑料底盘和磁性金属轮的微型车辆,这些金属轮可以由旋转磁场驱动。这些包括可以在玻璃表面上移动的那些,以及其他(取决于所用的聚合物)可以在液体或液体表面上游动的那些。

两组分微型机器的其他示例的显微镜图像。

Nature Communications 2020

科学家现在将进一步开发其两组分微机械,并用其他材料进行试验。他们还将尝试制作更复杂的形状和机器,包括那些可以折叠和展开的形状和机器。除释放活性物质的渡轮外,未来的应用可能性还包括微型机器,利用该微型机器可以治疗动脉瘤(血管膨出)或可以进行其他操作。另一个研究目标是可扩张的支架(管状血管支架),可通过磁场将其带到体内所需的位置。

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